第二十三讲 正弦波振荡电路第二十三讲 正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成二,RC正弦波振荡电路三,LC正弦波振荡电路四、石英晶体正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成
1,正弦波振荡的条件无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。
与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
在电扰动下，对于某一特定频率 f0的信号形成正反馈：
o'io XXX
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。 。
1,正弦波振荡的条件
π2
11
FA n
FAFA
一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即
oo XFAX
幅值平衡条件相位平衡条件
1?FA起振条件：
要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的 f0，且在合闸通电时对于 f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，
即满足起振条件。
2,起振与稳幅
1?FA
电路如何从起振到稳幅？
oX
)( 'if XXo
oX
F
A
A
F
A
F
稳定的振幅 非线性环节的必要性！
3,基本组成部分
1) 放大电路：放大作用
2) 正反馈网络：满足相位条件
3) 选频网络：确定 f0,保证电路产生正弦波振荡
4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅
1) 是否存在主要组成部分；
2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的 Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路 ；
3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ；
4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。
常合二为一
4、分析方法相位条件的判断方法,瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝ f0的信号 Ui,且规定其极性，然后根据
Ui的极性 → Uo的极性 → Uf的极性若 Uf与 Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。
在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。
iU
极性？
5,分类常用选频网络所用元件分类。
1) RC正弦波振荡电路：几百 千赫 以下
2) LC正弦波振荡电路：几百 千赫～ 几百 兆赫
3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定二,RC 正弦波振荡电路
1,RC串并联选频网络低频段高频段
900 0 Ff?，,Uf?
900 Ff?，,Uf?
U o
.
U f
,I
.
U o
.
U f
.
I
.
在频率从 0～ ∞
中必有一个频率
f0,φF＝ 0o。
C
R
C
R
C
R
U
U
F
j
1
j
1
j
1
o
f
∥＋
∥
) 1 (j3
1
RCRC
F
RC串并联选频网络的频率响应当 f=f0时，不但 φ=0，且 最大，为 1/3。F?
)(j3
1
π2
1
0
0
0
f
f
f
fFRCf
，则令
1)是否可用共射放大电路？
2)是否可用共集放大电路？
3)是否可用共基放大电路？
4)是否可用两级共射放大电路？
2,电路组成应为 RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于 3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于 0的放大电路。
不符合相位条件不符合相位条件输入电阻小、输出电阻大，影响 f0
可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于 3，且 Ri大、
Ro小，对 f0影响小
3,RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）
用同相比例运算电路作放大电路。
因同相比例运算电路有非常好的线性度，故 R或 Rf可用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。
文氏桥振荡器的特点？
1f 2RR?
频率可调的文氏桥振荡器改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。
加稳压管可以限制输出电压的峰 -峰值。
同轴电位器讨论一,合理连接电路，组成文氏桥振荡电路
讨论二,判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？
RC 移项式电路
RC 双 T选频网络
iU?
选频网络和正反馈网络是两个网络。
1) RC 移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？
2) 若 R 和 C 互换呢？
三,LC 正弦波振荡电路
1,LC并联 网络的选频特性
LCfC
L
RQ π 2
11
0,
理想 LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。
LCf π 2
1
0?
谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗在 f＝ f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？
构成正弦波振荡电路最简单的做法是通过变压器引入反馈。
附加相移
LC选频放大电路 → 正弦波振荡电路当 f=f0时，
电压放大倍数的数值最大，且附加相移为 0。放大电路反馈网络
U o
2,变压器反馈式 电路
)( 0i ffU
fU?
C1是必要的吗？
特点：
易振，波形较好；耦合不紧密，
损耗大，频率稳定性不高。
分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：
1) 是否存在组成部分
2) 放大电路是否能正常工作
3) 是否满足相位条件为使 N1,N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。
必须有合适的同铭端！
3,电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？
反馈电压的极性？
)( 0i ffU
fU?
必要吗？
电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。
3,电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振幅大,C 用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。
减小。增大，，则具有相关性；若增大与故阻就是它自身的负载，因为放大电路的输入电
FAN
FA
1
由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。
4,电容反馈式（电容三点式）电路
iU?
fU?
)(π2
1
2121
0 CCCCLf
若要振荡频率高，则 L,C1,C2的取值就要小。当 电容 减小到一定程度 时,晶体管的极间电容将并联在 C1和 C2上，影响振荡频率。
LC
f
CCCC
π2
1
0
21
,则且若特点,波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。
C 与放大电路参数无关作用？
四、石英晶体正弦波振荡电路
1,石英晶体的特点
SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。
压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。
容性感性阻性 LCff
CC
π2
1
ps
0
,故因一般 LC选频网络的 Q为几百，石英晶体的 Q可达 104～
106；前者 Δf/f为 10－ 5，后者可达 10－ 10～ 10－ 11。
2,电路
① 石英晶体工作在哪个区？
② 是哪种典型的正弦波振荡电路？
① 石英晶体工作在哪个区？
② 两级放大电路分别为哪种基本接法？
③ C1的作用？
（ 1）并联型电路 （ 2）串联型电路清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
讨论三同铭端？
iU?
能产生正弦波振荡吗？注意事项：
1,放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；
2,断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；
3,找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。
1,正弦波振荡的条件无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。
与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
在电扰动下，对于某一特定频率 f0的信号形成正反馈：
o'io XXX
由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。 。
1,正弦波振荡的条件
π2
11
FA n
FAFA
一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即
oo XFAX
幅值平衡条件相位平衡条件
1?FA起振条件：
要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的 f0，且在合闸通电时对于 f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程，
即满足起振条件。
2,起振与稳幅
1?FA
电路如何从起振到稳幅？
oX
)( 'if XXo
oX
F
A
A
F
A
F
稳定的振幅 非线性环节的必要性！
3,基本组成部分
1) 放大电路：放大作用
2) 正反馈网络：满足相位条件
3) 选频网络：确定 f0,保证电路产生正弦波振荡
4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅
1) 是否存在主要组成部分；
2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的 Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路 ；
3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ；
4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。
常合二为一
4、分析方法相位条件的判断方法,瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝ f0的信号 Ui,且规定其极性，然后根据
Ui的极性 → Uo的极性 → Uf的极性若 Uf与 Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。
在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。
iU
极性？
5,分类常用选频网络所用元件分类。
1) RC正弦波振荡电路：几百 千赫 以下
2) LC正弦波振荡电路：几百 千赫～ 几百 兆赫
3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定二,RC 正弦波振荡电路
1,RC串并联选频网络低频段高频段
900 0 Ff?，,Uf?
900 Ff?，,Uf?
U o
.
U f
,I
.
U o
.
U f
.
I
.
在频率从 0～ ∞
中必有一个频率
f0,φF＝ 0o。
C
R
C
R
C
R
U
U
F
j
1
j
1
j
1
o
f
∥＋
∥
) 1 (j3
1
RCRC
F
RC串并联选频网络的频率响应当 f=f0时，不但 φ=0，且 最大，为 1/3。F?
)(j3
1
π2
1
0
0
0
f
f
f
fFRCf
，则令
1)是否可用共射放大电路？
2)是否可用共集放大电路？
3)是否可用共基放大电路？
4)是否可用两级共射放大电路？
2,电路组成应为 RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于 3、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于 0的放大电路。
不符合相位条件不符合相位条件输入电阻小、输出电阻大，影响 f0
可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于 3，且 Ri大、
Ro小，对 f0影响小
3,RC桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）
用同相比例运算电路作放大电路。
因同相比例运算电路有非常好的线性度，故 R或 Rf可用热敏电阻，或加二极管作为非线性环节。
文氏桥振荡器的特点？
1f 2RR?
频率可调的文氏桥振荡器改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。
加稳压管可以限制输出电压的峰 -峰值。
同轴电位器讨论一,合理连接电路，组成文氏桥振荡电路
讨论二,判断图示电路有可能产生正弦波振荡吗？
RC 移项式电路
RC 双 T选频网络
iU?
选频网络和正反馈网络是两个网络。
1) RC 移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？
2) 若 R 和 C 互换呢？
三,LC 正弦波振荡电路
1,LC并联 网络的选频特性
LCfC
L
RQ π 2
11
0,
理想 LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。
LCf π 2
1
0?
谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗在 f＝ f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？
构成正弦波振荡电路最简单的做法是通过变压器引入反馈。
附加相移
LC选频放大电路 → 正弦波振荡电路当 f=f0时，
电压放大倍数的数值最大，且附加相移为 0。放大电路反馈网络
U o
2,变压器反馈式 电路
)( 0i ffU
fU?
C1是必要的吗？
特点：
易振，波形较好；耦合不紧密，
损耗大，频率稳定性不高。
分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：
1) 是否存在组成部分
2) 放大电路是否能正常工作
3) 是否满足相位条件为使 N1,N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。
必须有合适的同铭端！
3,电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？
反馈电压的极性？
)( 0i ffU
fU?
必要吗？
电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。
3,电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振幅大,C 用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。
减小。增大，，则具有相关性；若增大与故阻就是它自身的负载，因为放大电路的输入电
FAN
FA
1
由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。
4,电容反馈式（电容三点式）电路
iU?
fU?
)(π2
1
2121
0 CCCCLf
若要振荡频率高，则 L,C1,C2的取值就要小。当 电容 减小到一定程度 时,晶体管的极间电容将并联在 C1和 C2上，影响振荡频率。
LC
f
CCCC
π2
1
0
21
,则且若特点,波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。
C 与放大电路参数无关作用？
四、石英晶体正弦波振荡电路
1,石英晶体的特点
SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。
压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率只决定于其几何尺寸，故非常稳定。
容性感性阻性 LCff
CC
π2
1
ps
0
,故因一般 LC选频网络的 Q为几百，石英晶体的 Q可达 104～
106；前者 Δf/f为 10－ 5，后者可达 10－ 10～ 10－ 11。
2,电路
① 石英晶体工作在哪个区？
② 是哪种典型的正弦波振荡电路？
① 石英晶体工作在哪个区？
② 两级放大电路分别为哪种基本接法？
③ C1的作用？
（ 1）并联型电路 （ 2）串联型电路清华大学 华成英
hchya@tsinghua.edu.cn
讨论三同铭端？
iU?
能产生正弦波振荡吗？注意事项：
1,放大电路必须能够正常工作，放大电路的基本接法；
2,断开反馈，在断开处加 f=f0的输入电压；
3,找出在哪个元件上获得反馈电压，是否能取代输入电压。
